KR101150285B1 - Water purification membranes with enhanced antifouling property and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 수처리용 분리막은 1) 폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자를 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계; 2) 상기 도프용액을 다공성 지지체상에 도포하는 단계; 및 3)상기 도프용액이 도포된 다공성 지지체를 외부응고액에 접촉시켜 중공사막 또는 평막을 제조하는 단계; 를 포함한다.The separator for water treatment of the present invention comprises the steps of: 1) preparing a dope solution by mixing a polyvinylidene fluoride-based or polysulfone-based film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer as a first additive in a solvent; 2) applying the dope solution onto the porous support; And 3) preparing a hollow fiber membrane or a flat membrane by contacting the porous support on which the dope solution is applied to an external coagulation solution. It includes.

그 결과, 상기 제1첨가제가 스킨층을 갖는 미세기공 및 미세기공 이외의 부분에 다수의 나노기공을 함유하여 형성된 미세기공나노스폰지층과 스킨층을 갖는 거대기공 및 거대기공 이외의 부분에 다수의 나노기공을 포함하여 형성된 거대기공나노스폰지 층의 생성 및 확장을 유도하는 역할을 함으로써 수투과도 및 배제율이 동시에 개선될 수 있다. 또한 제1첨가제가 구형입자의 응집을 억제함으로써 우수한 수투과도 및 분획분자량이 유지되며, 상기의 구조와 더불어 막성형 고분자와 제1첨가제간의 강한 상호작용에 기인한 친수성이 막 전체에 유지되어 분리막의 장기간 운전에도 불구하고 수투과도가 감소하지 않아 내오염성이 월등히 향상될 수 있다. As a result, the first additive has a plurality of micropores in the portion other than the macropores and macropores having the skin layer and the micropores nanosponge layer formed by containing a plurality of nanopores in the portion other than the micropores and the micropores having the skin layer. Water permeability and rejection rate can be simultaneously improved by playing a role of inducing the creation and expansion of the macroporous nanosponge layer formed by including the nanopores. In addition, the first additive suppresses the aggregation of the spherical particles, thereby maintaining excellent water permeability and fraction molecular weight, and the hydrophilicity due to the strong interaction between the membrane-forming polymer and the first additive is maintained throughout the membrane. In spite of long-term operation, water permeability does not decrease and pollution resistance can be greatly improved.

수처리막, 내오염성, 첨가제, 상전환법 Water Treatment Membrane, Pollution Resistance, Additives, Phase Inversion

Description

내오염성이 우수한 수처리용 분리막 및 이의 제조방법{WATER PURIFICATION MEMBRANES WITH ENHANCED ANTIFOULING PROPERTY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Separation membrane for water treatment with excellent pollution resistance and its manufacturing method {WATER PURIFICATION MEMBRANES WITH ENHANCED ANTIFOULING PROPERTY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 내오염성이 우수한 수처리용 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고분자, 용매 및 첨가제를 포함하는 도프용액을 제조하여 상기 도프용액을 방사 또는 지지체상에 도포하는 단계 및 상기 방사액 또는 도프용액이 도포된 지지체를 외부응고액에 접촉시켜 중공사막 또는 평막을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여 수투과율이 향상되고 내오염성이 향상된 다공성 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a separation membrane for water treatment and a method for producing the same having excellent fouling resistance, and more particularly, to prepare a dope solution containing a polymer, a solvent and an additive and to apply the dope solution on a spinning or support and The present invention relates to a porous membrane and a method of manufacturing the same, comprising the step of contacting a support coated with a spinning solution or a dope solution to an external coagulation solution to produce a hollow fiber membrane or a flat membrane.

막분리 기술은 분리막의 세공크기와 막표면 전하에 따라 오폐수 또는 정수중에 존재하는 처리대상 물질을 거의 완벽하게 분리하여 제거할 수 있는 고도의 분리기술로서 수처리 분야에서 양질의 음용수 및 공업용수의 생산, 하폐수의 고도처리 및 재이용, 무방류 시스템 개발과 관련된 청정생산공정 등 그 응용범위가 점차 확대되어 가고 있으며 21세기에 주목받게될 핵심기술의 하나로서 자리잡고 있다. Membrane separation technology is an advanced separation technology that can almost completely separate and remove the material to be treated in wastewater or purified water according to the pore size and membrane surface charge of the membrane.It can produce high quality drinking water and industrial water in the water treatment field. Its application range is increasing, including advanced treatment and reuse of sewage water and clean production processes related to the development of zero discharge systems, and it is becoming one of the key technologies that will attract attention in the 21st century.

분리막 제조는 대개의 경우 고분자에 대한 용매와 비용매간의 상호확산에 의한 고 분자의 상분리를 이용하는 상전환법이 사용되고, 상전환법에 의한 고분자 분리막 제조방법이 1960년대 소개된 이후로 분리막을 이용한 막분리공정은 새로운 첨단 분리기술의 하나로서 자리잡고 있다. 잘 알려진 바와 같이 다공성 분리막은 소재의 다양성을 바탕으로 수십나노미터에서 수십마이크로미터 크기의 기공을 가지기 때문에 기체분리 및 폐수처리를 포함한 광범위한 물질의 분리농축에 사용되고 있으며 이차오염의 유발을 최소화할 수 있는 장점 때문에 앞으로도 그 활용이 점차 확대될 것으로 믿어진다. 이러한 상전환법은 다공성 구조의 기공크기를 매우 다양하게 조절하는 이점을 제공함으로써 정수처리, 혈액정화 등의 여러 분야에 적용 가능한 막의 제조를 가능케 하나 조절변수가 매우 다양하고 복잡한 문제가 있다. 한편 상전환법에 대한 대안으로 열유도 상분리를 이용한 분리막 제조법이 근래 소개되었는데 이른바 TIPS공정이라 불리는 이 제조법은 결정성 고분자 및 희석제를 고온에서 균일하게 용해한 뒤 저온으로 강하시킴에 따라 고분자의 결정화에 의한 고액 상분리 및 희석제의 추출을 통해 다공성 구조를 형성케 하는 것으로 나일론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 다공성막 형성에 주로 사용된다. Membrane manufacturing is usually performed by phase inversion method using high molecular phase separation by mutual diffusion between solvent and non-solvent for polymer, and membrane using membrane since membrane inversion method was introduced in 1960. The separation process is becoming one of the new advanced separation technologies. As is well known, porous membranes have pores ranging in size from tens of nanometers to tens of micrometers based on the variety of materials, and are used for separation and concentration of a wide range of materials including gas separation and wastewater treatment. It is believed that its use will gradually expand in the future because of its merits. This phase inversion method allows the production of membranes applicable to various fields such as water treatment, blood purification, etc. by providing an advantage of controlling the pore size of the porous structure in a variety of ways, but there are various control variables and complex problems. As an alternative to the phase inversion method, a membrane production method using heat-induced phase separation has recently been introduced. The so-called TIPS process is a method of crystallization of polymers by uniformly dissolving crystalline polymers and diluents at high temperatures and lowering them to low temperatures. Formation of porous structure through solid-liquid phase separation and extraction of diluent is mainly used for forming nylon, polypropylene, and polyethylene porous membrane.

그러나, 이러한 막구조 개발에도 불구하고 막오염에 의한 수투과도 감소의 문제는 여전히 극복해야 할 걸림돌로 작용하고 있는데 이는 현재 상업적으로 시판중인 대부분의 수처리막이 폴리불화비닐리덴 및 폴리술폰과 같은 소수성 고분자물질로 구성되어 있기 때문이다. 따라서 이러한 막소재에 친수성을 부여하여 내오염성을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 그 일례로, 대한민국 특허공개 제2004-0101853, 제 2004-0100750 및 제 2004-0089886호에서는 친수성고분자인 폴리 비닐피롤리돈 및 실리카 혹은 티타니아 무기 나노입자를 졸 상태에서 배위결합한 후 이들 하이브리드 물질을 폴리비닐리덴풀로라이드 고분자용액에 혼합하여 다공성막을 제조하거나 단순히 티나니아 졸을 기존에 형성된 폴리술폰 수처리막위에 코팅 혹은 블렌딩하여 제조한 분리막의 예를 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허공개 제 2005-0100834호에서는 건조단계 이전에 형성된 중공사막을 유기계 항균제와 가교제를 포함하는 코팅용액에 침지한 후 이를 자외선으로 가교시켜 항균성을 가진 중공사막 제조방법을 개시하고 있으며, 대한민국 특허공개 제 2007-0017741호에서는 Ag, Au, Fe와 같은 금속나노입자를 저농도의 폴리비닐피롤리돈 용액에 용해하여 자외선 조사를 통해 환원한 후 이를 고분자용액과 혼합하여 제조한 분리막의 제조예를 개시하고 있다. However, despite the development of such membrane structure, the problem of water permeability reduction due to membrane contamination is still an obstacle to overcome. This is because most commercially available water treatment membranes are hydrophobic polymer materials such as polyvinylidene fluoride and polysulfone. Because it is composed of. Therefore, various attempts have been made to improve hydrophilicity by imparting hydrophilicity to such membrane materials. For example, in Korean Patent Publication Nos. 2004-0101853, 2004-0100750 and 2004-0089886, polyvinylpyrrolidone and silica or titania inorganic nanoparticles, which are hydrophilic polymers, are coordinated in a sol state, and then these hybrid materials are poly-linked. An example of a separation membrane prepared by mixing a vinylidene fluoride polymer solution to prepare a porous membrane or simply coating or blending a tinania sol on a polysulfone water treatment membrane formed previously is disclosed. In addition, Korean Patent Publication No. 2005-0100834 discloses a method of manufacturing a hollow fiber membrane having antimicrobial properties by immersing the hollow fiber membrane formed before the drying step in a coating solution containing an organic antimicrobial agent and a crosslinking agent and then crosslinking the same with ultraviolet rays. Patent Publication No. 2007-0017741 discloses a preparation example of a separator prepared by dissolving metal nanoparticles such as Ag, Au, Fe in a low concentration polyvinylpyrrolidone solution, reducing them through UV irradiation, and then mixing them with a polymer solution. It is starting.

그러나, 종래의 방법은 무기 입자를 나노크기로 제조하고 코팅하거나 입자를 금속으로 환원하기 위해 자외선 조사를 이용하는 등의 부가적인 공정을 수반한다. 또한 이들 무기 나노입자를 막형성 고분자에 균일하게 분산시키기 위해 폴리비닐피롤리돈과 같은 친수성 고분자에 미리 용해하고 이를 다시 막형성 고분자와 혼합하는 등의 절차를 거친다. 그러나 상기의 폴리비닐피롤리돈은 단순 혼합만으로 소수성 고분자에 친수성을 부여하는 것이 가능하나 폴리비닐피롤리돈의 도입은 통상 평균기공을 감소시켜 수투과도를 감소시키는 것으로 잘 알려져 있다.(Macromol. Res.,14, 596 (2007), J. Membr. Sci., 211, 139 (2003))However, conventional methods involve additional processes, such as making inorganic particles nanoscale and coating or using ultraviolet radiation to reduce the particles to metal. In addition, in order to uniformly disperse these inorganic nanoparticles in the film-forming polymer, a procedure such as pre-dissolution in a hydrophilic polymer such as polyvinylpyrrolidone and mixed with the film-forming polymer is carried out. However, the polyvinylpyrrolidone can provide hydrophilicity to hydrophobic polymers by simple mixing, but it is well known that the introduction of polyvinylpyrrolidone generally reduces the average porosity to reduce the water permeability. (Macromol. Res ., 14, 596 (2007), J. Membr. Sci., 211, 139 (2003)).

본 발명자에 의한 첨가제를 사용하지 않은 분리막의 경우 첨가된 도 1을 참조하여 설명하면, 분리막 표면에서 형성되는 표면층(100), 미세기공을 포함하는 미세기공 지지층(150) 및 다수의 응집된 입자를 포함하는 구형입자지지층(400)으로 이루어져 있다. 상기 분리막은 구조상 기공이 충분히 발달, 형성되지 않아 수투과도 및 배제율이 낮고 내오염성이 좋지 않은 문제가 있다. In the case of a separator that does not use an additive according to the present invention, referring to FIG. 1 added, the surface layer 100 formed on the separator surface, the microporous support layer 150 including micropores, and a plurality of aggregated particles are described. It consists of a spherical particle support layer 400 containing. The separator has a problem in that the pores are not sufficiently developed and formed due to its structure, so that the water permeability and rejection rate are low and the pollution resistance is not good.

이에, 본 발명자들은 종래의 기술적인 문제점을 해결하기 위하여 폴리불화비닐리덴계 및 폴리술폰계 고분자에 폴리옥사졸린(poly(oxazoline))계 첨가제를 혼합하고 상전환법으로 다공성막을 제조한 결과, 수투과도 및 분획분자량을 향상시킴과 동시에 친수성이 유지되어 장기간 운전에도 수투과도가 감소하지 않는 내오염성이 향상된 수처리막을 얻게 되었다.Accordingly, the present inventors mixed the poly (oxazoline) -based additives with polyvinylidene fluoride-based and polysulfone-based polymers in order to solve the conventional technical problems, and produced a porous membrane by a phase inversion method. In addition to improving the permeability and fractional molecular weight, the hydrophilicity was maintained, and thus, a water treatment membrane having improved fouling resistance was obtained, which does not reduce water permeability even during long-term operation.

본 발명의 목적은 막형성 고분자 및 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자를 포함함에 따라 수투과도, BSA배제율 및 내오염성이 향상된 다공성 수처리막의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for preparing a porous water treatment membrane having improved water permeability, BSA excretion rate and fouling resistance as it includes a membrane-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer as a first additive.

본 발명의 또 다른 목적은 막형성 고분자 및 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자와 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈 고분자 혼합물을 포함함에 따라 수투과도, BSA배제율 및 내오염성이 향상된 다공성 수처리막의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a porous water treatment membrane having improved water permeability, BSA exclusion rate and fouling resistance by including a film-forming polymer, a polyoxazoline-based polymer as a first additive and a polyvinylpyrrolidone polymer as a second additive. It is to provide a manufacturing method.

본 발명의 또 다른 목적은 표면층, 미세기공나노스폰지층, 거대기공나노스폰지층 및 구형입자지지층의 4개의 층을 포함하는 수투과도, BSA배제율 및 내오염성이 향상된 다공성 수처리막을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a porous water treatment membrane having improved water permeability, BSA exclusion rate and fouling resistance, including four layers of a surface layer, a microporous nano sponge layer, a macroporous nano sponge layer, and a spherical particle support layer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명의 한 특징에 따른 1) 폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자 혼합물을 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계 2) 상기 도프용액을 다공성 지지체상에 도포하는 단계 및 3)상기 도프용액이 도포된 다공성 지지체를 외부응고액에 접촉시켜 중공사막 또는 평막을 제조하는 단계를 포함하는 다공성 분리막의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention According to one feature of the invention 1) preparing a dope solution by mixing a polyvinylidene fluoride or polysulfone film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer mixture as a first additive in a solvent 2) applying the dope solution on a porous support and 3) it provides a method for producing a porous membrane comprising the step of preparing a hollow fiber membrane or a flat membrane by contacting the porous support coated with the dope solution to the external coagulation solution.

상기 폴리불화비닐리덴계 막형성 고분자는 중량평균분자량 1만 내지 100만인 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 단독 및 상기 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 공중 합체로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나이며, 상기 폴리술폰계 막형성 고분자는 중량평균분자량이 1만 내지 100만인 폴리술폰 및 폴리이서설폰으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이다.The polyvinylidene fluoride film forming polymer is any one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF) alone and the polyvinylidene fluoride (PVDF) copolymer having a weight average molecular weight of 10,000 to 1 million. The polysulfone film-forming polymer is at least one selected from the group consisting of polysulfone and polyisulfone having a weight average molecular weight of 10,000 to 1 million.

또한, 상기 1)단계 도프용액 제조시 제1첨가제에 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈이 더 첨가될 수 있다.In addition, polyvinylpyrrolidone which is a second additive may be further added to the first additive when preparing the dope solution in step 1).

상기 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자는 중량평균분자량이 1만 내지 100만인 폴리옥사졸린, 폴리알킬옥사졸린 및 폴리아릴옥사졸린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 폴리알킬옥사졸린의 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸기이고, 상기 폴리아릴옥사졸린의 아릴기는 페닐기이다. The polyoxazoline polymer as the first additive is any one or more selected from the group consisting of polyoxazolines, polyalkyloxazolines and polyaryloxazolines having a weight average molecular weight of 10,000 to 1 million, and the polyalkyloxazolines The alkyl group in is a methyl, ethyl, propyl or butyl group, and the aryl group in the polyaryloxazoline is a phenyl group.

상기 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈은 중량평균 분자량이 5천 내지 100만이며, 제1첨가제와 제2첨가제 혼합시 제2첨가제/제1첨가제의 중량비율은 0.1 내지 1.0이다.Polyvinylpyrrolidone as the second additive has a weight average molecular weight of 50 to 1 million, When the first and second additives are mixed, the weight ratio of the second and first additives is 0.1 to 1.0.

상기 용매는, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드 및 디메틸포름아마이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 도프용액은 용매 35 내지 90중량% 및 첨가제와 고분자수지 혼합물 10 내지 65중량%로 구성되되, 상기 첨가제와 고분자수지 혼합물에서 첨가제/고분자수지의 중량비율은 0.1 내지 0.7이다.The solvent is any one or more selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and dimethyl formamide, The dope solution is composed of 35 to 90% by weight of the solvent and 10 to 65% by weight of the additive and the polymer resin mixture, the weight ratio of the additive / polymer resin in the additive and the polymer resin mixture is 0.1 to 0.7.

상기 1)단계는, 15 내지 160℃에서 진행된다. Step 1) is carried out at 15 to 160 ℃.

상기 다공성 지지체는 부직포형태 또는 중공형태의 다공성 지지체이며, 상기 다공성 지지체는 폴리에스터, 폴리아마이드 및 폴리프로필렌으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이다.The porous support is a nonwoven or hollow porous support, and the porous support is at least one selected from the group consisting of polyester, polyamide, and polypropylene.

상기 2)단계가 부직포형태의 다공성 지지체로 지지되는 다공성 분리막인 경우, 상기 도프용액을 15 내지 30℃로 유지되는 부직포형태의 지지체 상에 캐스팅하며, 상기 2)단계가 중공형태의 다공성 지지체로 지지되는 다공성 분리막인 경우, 상기 도프용액을 15 내지 160℃로 유지되는 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 이중노즐의 내부관에 상기 중공형태의 지지체를 공급한다.When step 2) is a porous separator supported by a porous support in the form of a nonwoven fabric, the dope solution is cast on the support in the form of a nonwoven fabric maintained at 15 to 30 ° C, and the step 2) is supported by a porous support in the form of a hollow. In the case of a porous membrane, the dope solution is transferred to an outer tube of a double nozzle maintained at 15 to 160 ° C., and then the hollow support is supplied to an inner tube of the double nozzle.

상기 지지체는 0.5~3.5m/min의 속도로 이송된다.The support is conveyed at a speed of 0.5 ~ 3.5m / min.

상기 제조된 중공사막 또는 평막을 세척하고 글리세린 10 내지 50중량%수용액에 침지한 후, 이를 건조하는 과정을 더 포함할 수 있다.After washing the prepared hollow fiber membrane or flat membrane and immersed in 10 to 50% by weight aqueous solution of glycerin, it may further comprise a step of drying them.

본 발명의 다른 특징에 따른 다공성 분리막의 제조방법은, 1) 폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자 혼합물을 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계; 2) 상기 도프용액을 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 이중노즐의 내부관에 내부응고액을 공급하는 단계 및 3) 상기 도프용액과 내부응고액을 동시에 외부응고액을 포함하는 응고조에 토출하여 중공사막을 제조하는 단계를 포함한다.Method for producing a porous separator according to another aspect of the present invention, 1) preparing a dope solution by mixing a polyvinylidene fluoride-based or polysulfone-based film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer mixture of a first additive in a solvent ; 2) transferring the dope solution to the outer tube of the double nozzle, and then supplying the internal coagulating solution to the inner tube of the double nozzle; and 3) simultaneously discharging the dope solution and the internal coagulating solution into the coagulation bath containing the external coagulating solution. To produce a hollow fiber membrane.

상기 2)단계는 상기 도프용액을 15 내지 160℃로 유지되는 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 상기 이중노즐의 내부관에 15 내지 30℃로 유지되는 내부응고액을 공급한다. In step 2), the dope solution is transferred to an outer tube of the double nozzle maintained at 15 to 160 ° C., and the inner coagulating solution is maintained at 15 to 30 ° C. to the inner tube of the double nozzle.

상기 내부응고액 및 외부응고액은 상기 첨가제와 고분자수지 혼합물을 용해시키지 않으며, 상기 용매와 균일하게 혼합될 수 있는 물, 에틸렌글리콜, 글리세린 및 분자량 1,000 이하의 저분자 폴리에틸렌글리콜로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이다. The internal coagulation solution and the external coagulation solution are not selected from the group consisting of water, ethylene glycol, glycerin, and low molecular weight polyethylene glycols having a molecular weight of 1,000 or less, which do not dissolve the additive and the polymer resin mixture, and can be uniformly mixed with the solvent. Which is more than one.

상기 2)단계에서 도프용액을 방사하는 것을 제외하고는 상기 1)단계 및 3)단계는 앞서 설명한 다공성 분리막의 제조방법과 동일하다.Except for spinning the dope solution in step 2), steps 1) and 3) are the same as the method of manufacturing the porous separator described above.

나아가 본 발명은 분리막 표면에서 형성되는 표면층; 상기 표면층 하부에 형성되며 스킨층을 갖는 다수의 미세기공 및 나노기공을 포함하는 미세기공나노스폰지층; 상기 미세기공나노스폰지층 하부에 형성되며 스킨층을 갖는 다수의 거대기공 및 나노기공을 포함하는 거대기공나노스폰지층; 및 상기 거대기공나노스폰지층 하부에 형성되며 다수의 기공 및 구형 입자를 포함하는 구형입자지지층;으로 구성된 다공성 분리막을 제공한다. Furthermore, the present invention is a surface layer formed on the surface of the separator; A microporous nanosponge layer formed under the surface layer and including a plurality of micropores and nanopores having a skin layer; A macroporous nanosponge layer formed under the microporous nanosponge layer and including a plurality of macropores and nanopores having a skin layer; And the macroporous nano sponge layer. It provides a porous separator consisting of a spherical particle support layer formed on the bottom and including a plurality of pores and spherical particles.

상기 다공성 분리막의 전체 막두께는 100 내지 400㎛이고, 0.05 내지 0.7%의 표면층, 0.7 내지 4.5%의 미세기공나노스폰지층, 4.5 내지 45%의 거대기공나노스폰지층 및 45 내지 60%의 구형입자지지층으로 구성된다.The total membrane thickness of the porous membrane is 100 to 400㎛, 0.05 to 0.7% surface layer, 0.7 to 4.5% microporous nano sponge layer, 4.5 to 45% macroporous nano sponge layer and 45 to 60% spherical particles It consists of a support layer.

상기 미세기공나노스폰지층에서 미세기공의 평균공경은 1.5 내지 10㎛이고, 스킨층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛이고, 나노기공의 평균공경은 100 내지 1,000nm이다. 상기 거대기공나노스폰지층에서 거대기공의 장경은 10 내지 90㎛ 단경은 1 내지 50㎛이고, 스킨층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛이고, 나노기공의 평균공경은 100 내지 1,000nm이다. 상기 구형입자지지층에서 구형입자의 평균입경은 0.1 내지 10㎛, 평균공경은 0.01 내지 5㎛이다. In the microporous nanosponge layer, the average pore size of the micropores is 1.5 to 10 μm, the thickness of the skin layer is 0.01 to 0.5 μm, and the average pore size of the nanopores is 100 to 1,000 nm. In the macroporous nano sponge layer, the major diameter of the macropores is 10 to 90 μm, the short diameter is 1 to 50 μm, the thickness of the skin layer is 0.01 to 0.5 μm, and the average pore size of the nanopores is 100 to 1,000 nm. The average particle diameter of the spherical particles in the spherical particle support layer is 0.1 to 10㎛, the average pore size is 0.01 to 5㎛.

상기 분리막은 폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자 혼합물; 또는 상기 막형성 고분자 및 제1첨가제와 제2첨가 제인 폴리비닐피롤리돈 혼합물을 포함한 도프용액을 방사 또는 다공성 지지체상에 도포하여 중공사막 또는 평막을 제조한다. The separation membrane is a polyvinylidene fluoride-based or polysulfone-based film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer mixture as a first additive; Alternatively, the dope solution including the film-forming polymer and the polyvinylpyrrolidone mixture of the first and second additives is coated on a spinning or porous support to prepare a hollow fiber membrane or a flat membrane.

상기 제1첨가제는 폴리옥사졸린, 폴리알킬옥사졸린 및 폴리아릴옥사졸린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 제1첨가제와 제2첨가제의 혼합시 제2첨가제/제1첨가제의 중량비율은 0.1 내지 1.0이다.The first additive is any one or more selected from the group consisting of polyoxazoline, polyalkyloxazoline and polyaryloxazoline, the weight of the second additive / first additive when mixing the first additive and the second additive The ratio is 0.1 to 1.0.

상기 도프용액은 용매 35 내지 90중량% 및 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물 10 내지 65중량%로 구성되되, 상기 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물에서 첨가제/막형성 고분자수지의 중량비율은 0.1 내지 0.7이다.The dope solution is composed of 35 to 90% by weight of the solvent and 10 to 65% by weight of the additive and the film-forming polymer resin mixture, the weight ratio of the additive / film-forming polymer resin in the additive and the film-forming polymer resin mixture is 0.1 to 0.7 .

상술한 바와 같이 본 발명은 도프용액에 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자를 첨가함으로 스킨층을 갖는 미세기공, 스킨층을 갖는 거대기공 및 미세기공과 거대기공 이외의 영역에 나노기공의 생성이 유도 및 확장되었다. 이에 따라 다공성 분리막의 수투과도가 향상되었고 특히 내오염성이 월등히 개선되었으며, 스킨층의 형성으로 BSA배제율이 동시에 향상되었다. As described above, according to the present invention, the addition of the polyoxazoline-based polymer as the first additive to the dope solution induces the generation of nanopores in regions other than micropores and micropores having a skin layer, macropores having a skin layer, and micropores and macropores. And extended. As a result, the water permeability of the porous membrane was improved, especially the pollution resistance was significantly improved, and the BSA exclusion rate was improved at the same time by forming the skin layer.

또한 본 발명은 도프용액에 제1첨가제와 제2첨가제의 고분자 혼합물을 첨가함으로 첨가제 혼합 비율에 따라 적절한 순수투과도 및 BSA배제율을 유지함과 동시에 내오염성 지수가 더욱 향상되었다. In addition, according to the present invention, by adding the polymer mixture of the first and second additives to the dope solution, the pollution resistance index was further improved while maintaining the proper pure permeability and the BSA exclusion ratio according to the additive mixing ratio.

또한 본 발명은 도프용액에 제1첨가제와 제2첨가제 고분자 혼합물을 첨가함으로 응집되지 않고 잘 분산된 구형입자지지층을 제공함으로써 기계적 강도를 적절히 유지하면서 수투과도 및 배제율이 월등히 향상되었다. In addition, the present invention provides a well-dispersed spherical particle support layer that is not aggregated by adding the first additive and the second additive polymer mixture to the dope solution, thereby improving the water permeability and rejection rate while maintaining the mechanical strength appropriately.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 제1실시예에 따른 다공성 분리막의 제조방법은 1)폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자 혼합물을 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계; 2)상기 도프용액을 다공성 지지체상에 도포하는 단계 및 3)상기 도프용액이 도포된 다공성 지지체를 외부응고액에 접촉시켜 중공사막 또는 평막을 제조하는 단계를 포함한다.Method for producing a porous membrane according to the first embodiment of the present invention 1) preparing a dope solution by mixing a polyvinylidene fluoride-based or polysulfone-based film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer mixture of the first additive in a solvent step; 2) applying the dope solution onto the porous support, and 3) contacting the porous support on which the dope solution is applied to an external coagulation solution to produce a hollow fiber membrane or a flat membrane.

먼저 1)단계를 설명한다. 상기 1)단계는 폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자를 일정 비율로 용매에 혼합하여 도프용액을 만드는 과정으로 막형성 고분자, 제1첨가제 및 용매로 구성된다. First, step 1) will be described. Step 1) is a process of mixing a polyvinylidene fluoride-based or polysulfone-based film-forming polymer with a polyoxazoline-based polymer as a first additive in a solvent to form a dope solution. The film-forming polymer, a first additive, and a solvent It consists of.

상기 폴리불화비닐리덴계 막형성 고분자로는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)의 단독 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 공중합체가 사용될 수 있으나 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)와 같은 단일 중합체의 사용이 보다 바람직하다. 또한, 상기 폴리술폰계 막형성 고분자는 폴리술폰 및 폴리이서설폰이 모두 사용 가능하다. 상기 폴리불화비닐리덴 및 폴리술폰계 막형성 고분자의 분자량은 1만 내지 100만, 바람직하게는 2만 내지 80만 중량평균분자량이 사용된다. 상기 막형성 고분자의 분자량이 1만 중량평균 분자량 미만일 경우 점도가 낮아 제막성에 문제가 있고, 분자량이 100만 중량평균 분자량을 초과할 경우에는 고점도로 인해 제막이 어려워 바람직하지 않다. As the polyvinylidene fluoride film-forming polymer, polyvinylidene fluoride (PVDF) alone or polyvinylidene fluoride (PVDF) copolymer may be used, but the use of a single polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) This is more preferable. In addition, the polysulfone-based film-forming polymer can be used both polysulfone and polyisulfone. The molecular weight of the polyvinylidene fluoride and polysulfone-based film forming polymer is 10,000 to 1 million, preferably 20,000 to 800,000 weight average molecular weight. When the molecular weight of the film-forming polymer is less than 10,000 weight average molecular weight, there is a problem in film forming property due to low viscosity, and when the molecular weight exceeds 1 million weight average molecular weight, film forming is difficult due to high viscosity, which is not preferable.

상기 제1첨가제는 폴리옥사졸린계 고분자로 나노기공, 미세기공 및 거대기공의 생 성 및 확장을 유도하는 역할을 한다. 구체적으로, 폴리옥사졸린계 고분자는 수소원자를 함유한 폴리옥사졸린, 알킬기를 함유한 폴리알킬옥사졸린 및 아릴기를 함유한 폴리아릴옥사졸린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The first additive is a polyoxazoline-based polymer that serves to induce the generation and expansion of nanopores, micropores and macropores. Specifically, the polyoxazoline-based polymer may use one or more selected from the group consisting of polyoxazolines containing hydrogen atoms, polyalkyloxazolines containing alkyl groups, and polyaryloxazolines containing aryl groups, but are not limited thereto. It doesn't work.

상기 알킬기를 함유한 폴리알킬옥사졸린에서 사용가능한 대표적인 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸기이며, 보다 바람직하게는 폴리에틸옥사졸린이다. 상기 아릴기를 함유한 폴리아릴옥사졸린에서 사용가능한 대표적인 아릴기는 페닐기이며 바람직하게는 폴리페닐옥사졸린이다. Representative alkyl groups usable in the polyalkyloxazolines containing such alkyl groups are methyl, ethyl, propyl or butyl groups, more preferably polyethyloxazolines. Representative aryl groups usable in the polyaryloxazolines containing the aryl groups are phenyl groups, preferably polyphenyloxazolines.

상기 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자는 중량평균분자량 1만 내지 100만, 바람직하게는 5만 내지 80만이 사용된다. 제1첨가제의 분자량이 1만 미만이면 막의 친수성이 불량하고, 분자량이 100만을 초과하면 고점도로 인해 제막 및 구조발현에 어려움이 있어 바람직하지 않다. The polyoxazoline-based polymer as the first additive is used in a weight average molecular weight of 10,000 to 1 million, preferably 50,000 to 80 million. If the molecular weight of the first additive is less than 10,000, the hydrophilicity of the membrane is poor, and if the molecular weight is more than 1 million, it is not preferable because of difficulty in film formation and structure expression due to high viscosity.

상기 도프용액은 용매 35 내지 90중량% 및 제1첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물 10 내지 65중량%로 구성되며, 더욱 바람직하게는 용매 60 내지 85중량% 및 제1첨가제와 막형성 고분자 혼합물 15 내지 40중량%이다. The dope solution is composed of 35 to 90% by weight of the solvent and 10 to 65% by weight of the first additive and the film-forming polymer resin mixture, more preferably from 60 to 85% by weight of the solvent and 15 to 15% by weight of the first additive and the film-forming polymer mixture 40 wt%.

상기 제1첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물에서 제1첨가제/막형성 고분자수지의 중량비율은 0.1 내지 0.7이다. 상기 제1첨가제와 막형성 고분자의 함량이 10중량% 미만인 경우 저점도로 인하여 연속적인 막의 제조가 불가능하고 65중량%를 초과하는 경우에는 도프용액의 고점도로 인하여 막의 제조가 어렵다. 또한, 제1첨가제/막형성 고분자 중량비가 0.1 미만이면 친수성이 부여되기 어려우며, 0.7이상인 경우 제막 및 바람직한 구조발현이 어렵다.In the mixture of the first additive and the film-forming polymer resin, the weight ratio of the first additive / film-forming polymer resin is 0.1 to 0.7. If the content of the first additive and the film-forming polymer is less than 10% by weight, it is impossible to prepare a continuous film due to low viscosity, and if it exceeds 65% by weight, it is difficult to prepare the film due to the high viscosity of the dope solution. In addition, when the weight ratio of the first additive / film forming polymer is less than 0.1, hydrophilicity is hardly imparted, and when it is 0.7 or more, film forming and preferable structure expression are difficult.

나아가, 상기 제1첨가제는 그 일부를 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈으로 치환될 수 있다. 상기 폴리비닐피롤리돈은 가장 흔히 사용되는 친수성 고분자로, 친수성 특징에 의해 막의 내오염성을 향상시키는 반면 평균기공을 감소시킴에 따라 제1첨가제와 혼합 사용함으로써 수투과도와 내오염성의 조절이 가능하다. 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈은 5천 내지 100만 보다 바람직하게는 1만 내지 80만 중량평균분자량이이 사용된다. 폴리비닐피롤리돈의 분자량이 5천 미만이면 막구조 조절에 문제가 있고, 분자량이 100만을 초과하면 수투과도가 급격히 감소하여 바람직하지 않다.Furthermore, the first additive may be substituted with a part of polyvinylpyrrolidone which is a second additive. The polyvinylpyrrolidone is the most commonly used hydrophilic polymer, and the water permeability and fouling resistance can be controlled by mixing with the first additive as it improves the fouling resistance of the membrane due to its hydrophilic characteristics and reduces the average pore. . Polyvinylpyrrolidone which is the second additive is used in an amount of 50 to 1 million, preferably 10,000 to 800,000 weight average molecular weight. If the molecular weight of the polyvinylpyrrolidone is less than 5,000, there is a problem in controlling the membrane structure. If the molecular weight exceeds 1 million, the water permeability decreases rapidly, which is not preferable.

이때, 제1첨가제와 제2첨가제 혼합시 제2첨가제/제1첨가제 중량비율은 0.1 내지 1.0이 바람직하다. 중량비율이 0.1 미만일 경우 BSA배제율 또는 분획분자량이 낮은 문제가 있고, 1.0 초과일 경우 수투과도가 낮아져 바람직하지 않다. 또한 제1첨가제와 제2첨가제 혼합물/막형성 고분자수지의 중량비율은, 상기의 제1첨가제를 제1첨가제와 제2첨가제의 혼합물로 치환한 것이기 때문에 제1첨가제/막형성 고분자수지의 중량비율과 같은 0.1 내지 0.7이다. At this time, the weight ratio of the second additive / the first additive when mixing the first additive and the second additive is preferably 0.1 to 1.0. If the weight ratio is less than 0.1, there is a problem of low BSA exclusion rate or fraction molecular weight, and if it is more than 1.0, the water permeability is low, which is not preferable. In addition, the weight ratio of the first additive and the second additive mixture / film forming polymer resin is the weight ratio of the first additive / film forming polymer resin because the first additive is replaced with the mixture of the first and second additives. Such as 0.1 to 0.7.

이때, 상기 용매는 15 내지 160℃의 온도에서 100중량%까지의 고분자수지 및 100중량%까지의 첨가제를 침전물의 형성없이 균일하게 용해시킬 수 있는 것으로서 사용가능한 대표적인 용매로는 N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸설록사이드 및 디메틸포름아마이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. At this time, the solvent is a solvent that can be uniformly dissolved up to 100% by weight of the polymer resin and up to 100% by weight of additives at the temperature of 15 to 160 ℃ without the formation of a precipitate as N-methylpyrrolidone One or more selected from the group consisting of, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and dimethylformamide may be used, but is not limited thereto.

다음 2)단계를 설명한다. 상기 2)단계는, 상기 1)단계에서 제조된 도프용액을 지지체상에 도포하는 단계로서 사용가능한 지지체는 부직포 형태 및 중공형태의 지지체이다. Next step 2) will be described. In step 2), the support usable as the step of applying the dope solution prepared in step 1) onto the support is a nonwoven fabric and a hollow support.

이때, 부직포형태의 다공성 지지체로 지지되는 다공성 분리막인 경우, 상기 도프용액을 15 내지 30℃로 유지되는 부직포형태의 지지체 상에 캐스팅한다.In this case, in the case of a porous separator supported by a porous support in the form of a nonwoven fabric, the dope solution is cast on the support in the form of a nonwoven fabric maintained at 15 to 30 ° C.

상기 2)단계가 중공형태의 다공성 지지체로 지지되는 다공성 분리막인 경우, 상기 도프용액을 15 내지 160℃로 유지되는 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 이중노즐의 내부관에 상기 중공형태의 지지체를 공급한다. When the step 2) is a porous separator supported by a hollow porous support, the dope solution is transferred to an outer tube of a double nozzle maintained at 15 to 160 ℃, and then the hollow support on the inner tube of the double nozzle To supply.

상기 부직포 형태 및 중공형태의 지지체는 폴리에스터, 폴리아마이드 및 폴리프로필렌 중에서 선택될 수 있으며 폴리에스터의 사용이 보다 바람직하다. 상기 지지체는 0.5 내지 3.5 m/min의 속도로 이중노즐의 내부관 혹은 도프용액을 담고있는 코팅배스로 이송하는 것이 바람직하며, 지지체의 이송속도가 0.5 m/min미만이면 코팅속도가 낮아 생산성에 문제가 되고, 반대로 이송속도가 3.5 m/min을 초과하게 되면 코팅두께가 얇아져 바람직하지 않다.The nonwoven and hollow supports may be selected from polyesters, polyamides and polypropylenes, with the use of polyesters being more preferred. The support is preferably transported to a coating bath containing an inner tube of a double nozzle or a dope solution at a speed of 0.5 to 3.5 m / min, the lower the coating speed if the transport speed of the support is less than 0.5 m / min problems in productivity On the contrary, when the feed rate exceeds 3.5 m / min, the coating thickness becomes thin, which is not preferable.

다음 3)단계를 설명한다. 상기 3)단계는 상기 2)단계 에서 제조된 도프용액이 도포된 지지체를 외부응고액에 접촉시켜 중공사막 또는 평막을 제조하는 단계이며, 상기 외부응고액은 실질적으로 상기 기공형성제와 고분자수지 혼합물을 전혀 용해시키지않고 상기 용매와 균일하게 혼합될 수 있는 것으로서 바람직하게는 물, 글리세린, 에틸렌글리콜 및 분자량 1,000 이하의 저분자 폴리에틸렌글리콜로 구성되는 군 으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The following 3) steps are explained. Step 3) is a step of preparing a hollow fiber membrane or a flat membrane by contacting the dope solution prepared in step 2) to the external coagulation solution, the external coagulation solution is substantially a mixture of the pore-forming agent and the polymer resin It can be mixed uniformly with the solvent without dissolving at all, preferably any one or more selected from the group consisting of water, glycerin, ethylene glycol and low molecular weight polyethylene glycol having a molecular weight of 1,000 or less can be used, but is not limited thereto. .

또한, 본 발명에서는 분리막 내외에 잔존하는 용매를 포함한 유기물을 제거하기 위해 세척과정을 더욱 포함할 수 있다. 세척액으로 물의 사용이 바람직하며, 세척 시간은 특별히 한정되지는 않으나. 적어도 1일 내지 5일이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 세척된 중공사막 및 부직포 형태의 지지체를 글리세린 10 내지 50중량% 수용액에 침지 후 대기에 건조하는 과정을 포함할 수 있으며, 침지 및 건조기간은 특별히 한정되지 않으나 1일 이하가 바람직하다. In addition, the present invention may further include a washing process to remove the organic matter, including the solvent remaining in the membrane. The use of water as the washing liquid is preferred, and the washing time is not particularly limited. At least 1 day to 5 days are preferred. In addition, the present invention may include the step of immersing the washed hollow fiber membrane and the non-woven form of the support in an aqueous solution of glycerin 10 to 50% by weight, followed by drying in the air, the immersion and drying period is not particularly limited, but one day or less Do.

본 발명의 제 2실시예는 지지체가 없는 중공사막으로서, 1)폴리불화비닐리덴계 또는 폴리술폰계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 물질의 혼합물; 또는 상기 막형성 고분자 및 상기 제1첨가제와 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈의 혼합물을 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계 2)상기 도프용액을 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 이중노즐의 내부관에 내부응고액을 공급하는 단계 및 3)상기 도프용액과 내부응고액을 동시에 외부응고액을 포함하는 응고조에 토출하여 중공사막을 제조하는 단계를 포함한다.A second embodiment of the present invention is a hollow fiber membrane without a support, comprising: 1) a mixture of a polyvinylidene fluoride-based or polysulfone-based film-forming polymer and a polyoxazoline-based material as a first additive; Or preparing a dope solution by mixing the film-forming polymer and a mixture of polyvinylpyrrolidone, which is the first and second additives, in a solvent. 2) After transferring the dope solution to the outer tube of the double nozzle, Supplying an internal coagulation solution to the inner tube of the nozzle; and 3) discharging the dope solution and the internal coagulation solution into a coagulation bath including an external coagulation solution at the same time to produce a hollow fiber membrane.

즉, 본 발명의 제2실시예의 특징은 제1실시예의 2단계에서 도프용액이 지지체없이 방사되는 것이다. That is, the characteristic of the second embodiment of the present invention is that the dope solution is spun without a support in the second step of the first embodiment.

별도의 지지체 사용이 없는 경우 막의 제조는 2007년에 발행된 Journal of Membrane Science Vol 291 Page 191 및 1992년에 발행된 Basic Principles of Membrane Technology (Kluwer Academic) 기재된 내용을 참고할 수 있다. In the absence of a separate support, the preparation of the membrane can be referred to the contents of the Journal of Membrane Science Vol. 1, 2007 published and the Basic Principles of Membrane Technology (Kluwer Academic), published 1992.

한편 상기 제2실시예는 2)단계에서 지지체를 사용하지 않는 것을 제외하고 제1 실시예에 기재된 내용과 실질적으로 동일하므로 이하에서는 제1실시예와 다른 면을 중심으로 설명한다. On the other hand, since the second embodiment is substantially the same as described in the first embodiment except that the support is not used in step 2) will be described below with respect to the surface different from the first embodiment.

상기 1)단계는 제1실시예의 1)단계와 모두 동일하므로 상기 제1실시예의 자세한 설명을 참조한다. Since step 1) is the same as step 1) of the first embodiment, the detailed description of the first embodiment is referred to.

상기 2)단계는 상기 제1실시예와 달리 지지체가 사용되지 않으며, 상기 1)단계에서 제조된 도프용액을 15 내지 160℃로 유지되는 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 이중노즐의 내부관에 15 내지 30℃로 유지되는 내부응고액을 공급한다.In step 2), unlike the first embodiment, a support is not used, and the dope solution prepared in step 1) is transferred to an outer tube of a double nozzle maintained at 15 to 160 ° C., and an inner tube of a double nozzle is provided. The internal coagulating solution is maintained at 15 to 30 ℃.

상기 내부응고액은 실질적으로 상기 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물을 전혀 용해시키지 않고 상기 용매와 균일하게 혼합될 수 있는 것으로서 바람직하게는 물, 글리세린, 에틸렌글리콜 및 분자량 1,000 이하의 저분자 폴리에틸렌글리콜로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The internal coagulating solution may be uniformly mixed with the solvent without substantially dissolving the additive and the film-forming polymer resin mixture, and preferably comprises water, glycerin, ethylene glycol and low molecular weight polyethylene glycol having a molecular weight of 1,000 or less. One or more selected from the group may be used, but is not limited thereto.

나아가 본 발명은 미세기공나노스폰지층 및 거대기공나노스폰지층을 포함하는 다공성 분리막을 제공하며 이를 첨가된 도2 내지 도4를 참조하여 설명한다. 구체적으로, 분리막 표면에서 형성되는 표면층(100); 상기 표면층 하부에 형성되며 스킨층(110)을 갖는 다수의 미세기공(20) 및 나노기공(10)을 포함하는 미세기공나노스폰지층(200); 상기 미세기공나노스폰지층 하부에 형성되며 스킨층(110)을 갖는 다수의 거대기공(30) 및 나노기공(10)을 포함하는 거대기공나노스폰지층(300); 및 상기 거대기공나노스폰지층 하부에 형성되며 다수의 기공 및 응집되지 않고 분산된 다수의 구형입자(40)를 포함하는 구형입자지지층(400); 을 포함하는 다공성 분리막 을 제공한다. 본 발명의 특징은 스킨층(110) 및 나노기공(10)을 갖는 미세기공나노스폰지층(200)의 확대와 스킨층(110) 및 나노기공(10)을 갖는 거대기공나노스폰지층(300)의 생성 및 응집이 억제된 구형입자지지층의 형성에 있다.Furthermore, the present invention provides a porous separator including a microporous nanosponge layer and a macroporous nanosponge layer, which will be described with reference to FIGS. 2 to 4. Specifically, the surface layer 100 formed on the surface of the separator; A microporous nanosponge layer 200 formed under the surface layer and including a plurality of micropores 20 and nanopores 10 having a skin layer 110; A macroporous nanosponge layer 300 formed under the microporous nanosponge layer and including a plurality of macropores 30 and nanopores 10 having a skin layer 110; And the macroporous nano sponge layer. A spherical particle support layer 400 formed below and including a plurality of pores and a plurality of spherical particles 40 dispersed without aggregation; It provides a porous separator comprising a. A feature of the present invention is the enlargement of the microporous nanosponge layer 200 having the skin layer 110 and the nanopores 10 and the macroporous nanosponge layer 300 having the skin layer 110 and the nanopores 10. In the formation of a spherical particle support layer with suppressed formation and aggregation of

상기 표면층(100)은 도프용액과 외부응고액이 처음 만나는 계면에서 형성되는 것으로 표면으로부터 0.1 내지 1.5㎛로 다공성 분리막 총 두께 100 내지 400㎛의 0.05 내지 0.7%를 차지한다. The surface layer 100 is formed at the interface where the dope solution and the external coagulation solution first meet, and occupy 0.05 to 0.7% of the total thickness of the porous separator 100 to 400 μm from 0.1 to 1.5 μm from the surface.

상기 미세기공나노스폰지층(200)은, 상기 표면층 하부에 위치하고 평균공경 1.5 내지 10㎛인 다수의 미세기공(20)과 상기 미세기공 표면에 형성되는 0.01 내지 0.5㎛ 두께의 스킨층(110) 및 상기 미세기공 이외의 부분에 형성되는 평균공경 100 내지 1,000nm인 다수의 나노기공(10)으로 구성되어 있다. 이때, 상기 미세기공나노스폰지층(200)은 다공성 분리막 총 두께의 0.7 내지 4.5%를 차지하며, 미세기공나노스폰지층(200)의 확장으로 수투과도, 배제율 및 내오염성이 개선되는 효과가 있다. The microporous nanosponge layer 200 is located below the surface layer, a plurality of micropores 20 having an average pore size of 1.5 to 10㎛ and a skin layer 110 of 0.01 to 0.5㎛ thickness formed on the surface of the micropores and It is composed of a plurality of nanopores 10 having an average pore size of 100 to 1,000nm formed in portions other than the micropores. In this case, the microporous nanosponge layer 200 occupies 0.7 to 4.5% of the total thickness of the porous separator, and the water permeability, rejection rate, and fouling resistance are improved by the expansion of the microporous nanosponge layer 200. .

상기 거대기공나노스폰지층(300)은, 상기 미세기공나노스폰지층(200) 하부에 위치하고 평균공경 장경 10 내지 90㎛ 단경 1 내지 50㎛인 다수의 거대기공(30)과 상기 거대기공 표면에 형성되는 0.01 내지 0.5㎛의 두께의 스킨층(110) 및 상기 거대기공 이외의 부분에 형성되는 평균공경 100 내지 1,000nm인 다수의 나노기공(10)으로 구성되어 있다. 이때, 상기 거대기공나노스폰지층(300)은 다공성 분리막 총두께의 4.5 내지 45%를 차지하며, 거대기공나노스폰지층(300)의 생성으로 인하여 스킨층(110)을 갖는 기공수가 월등히 증가하여 수투과도 및 BSA배제율이 증가하고 분리 막의 장시간 운전중에도 친수성을 유지해 수투과도를 감소시키지 않으며 내오염성이 개선되는 효과가 있다. The macroporous nanosponge layer 300 is formed under the microporous nanosponge layer 200 and is formed on the surface of the macropore 30 and a plurality of macropores 30 having an average pore diameter of 10 to 90 μm and a short diameter of 1 to 50 μm. Skin layer 110 having a thickness of 0.01 to 0.5㎛ and a plurality of nanopores 10 having an average pore size of 100 to 1,000nm formed in portions other than the macropores. At this time, the macroporous nano sponge layer 300 occupies 4.5 to 45% of the total thickness of the porous membrane, the number of pores having the skin layer 110 is significantly increased due to the generation of the macroporous nano sponge layer 300 The permeability and BSA excretion rate are increased and hydrophilicity is maintained even during long time operation of the separation membrane, so that the water permeability is not reduced and the pollution resistance is improved.

상기 구형입자지지층(400)은, 상기 거대기공나노스폰지층(300) 하부에 위치하며 구형입자지지층의 두께는 100 내지 130㎛이고 다공성 분리막 총두께의 45 내지 60%를 차지한다. 이때, 구형입자(40)의 평균입경은 0.1 내지 10㎛이고 구형입자지지층내의 평균공경은 0.01 내지 5㎛이다.The spherical particle support layer 400 is located under the macroporous nanosponge layer 300, and the spherical particle support layer has a thickness of 100 to 130 μm and occupies 45 to 60% of the total thickness of the porous separator. At this time, the average particle diameter of the spherical particles 40 is 0.1 to 10㎛ and the average pore size in the spherical particle support layer is 0.01 to 5㎛.

구형입자는 첨가되는 용매의 종류 및 온도차에 따라 생성되며 가장 큰 영향은 온도이다. 본 발명의 구형입자는 결정성 고분자인 폴리불화비닐리덴계 고분자의 결정화에 의해 주로 생성되며 방사온도와 용액제조온도로 구형입자의 크기 및 성장의 조절이 가능하다.Spherical particles are produced depending on the type of solvent added and the temperature difference. The biggest influence is temperature. The spherical particles of the present invention are mainly produced by crystallization of a polyvinylidene fluoride-based polymer, which is a crystalline polymer, and can control the size and growth of the spherical particles by spinning temperature and solution preparation temperature.

상기 4개의 층은 사용되는 막형성 고분자, 첨가제 및 용매의 혼합비율에 따라 조절될 수 있으며, 이는 막에 잔존하는 첨가제와 막형성 고분자간의 강한 수소결합과 같은 상호작용에 기인한다. 특히 제1첨가제의 첨가량의 증가에 따라 미세기공 및 나노기공스폰지층의 영역은 증가하며 상대적으로 구형입자지지층의 영역은 감소한다.The four layers can be adjusted according to the mixing ratio of the film forming polymer, the additive and the solvent used, due to the interaction such as strong hydrogen bonding between the additive and film forming polymer remaining in the film. In particular, as the amount of the first additive is increased, the area of the microporous and nanoporous sponge layers increases and the area of the spherical particle support layer decreases.

본 발명의 특징인 제1첨가제의 도입은 상기 분리막 구조에 있어서, 스킨층을 갖는 미세기공 및 거대기공의 생성을 유도 및 확장하는 역할은 물론, 상기 기공 이외의 부분에 나노기공을 생성함으로써 일정한 분획분자량 하에서 수투과도를 증가시킬 수 있다. 또한, 제1첨가제의 도입은 구형입자의 형성을 지연 및 응집되지 않고 잘 분산된 구형입자들의 형성을 유도하여 막의 내구성 및 BSA배제율 향상에 도움이 된다.The introduction of the first additive, which is a feature of the present invention, induces and expands the generation of micropores and macropores having a skin layer in the membrane structure, as well as generating a nanopore in a portion other than the pores. It is possible to increase the water permeability under molecular weight. In addition, the introduction of the first additive delays the formation of spherical particles and induces formation of spherical particles that are well dispersed without aggregation, thereby improving the durability of the membrane and the BSA excretion rate.

상기 표면층, 미세기공나노스폰지층, 거대기공나노스폰지층 및 구형입자지지층의 4개 층을 포함하는 다공성 분리막은 상기 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 제조방법에 따라 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다른 방법에 의해서도 제조될 수 있을 것이다.The porous membrane including four layers of the surface layer, the microporous nanosponge layer, the macroporous nanosponge layer, and the spherical particle support layer may be manufactured according to the manufacturing method according to the first embodiment or the second embodiment, but It is not limited and may be manufactured by other methods.

또한, 본 발명의 다공성 분리막의 평균공경은 제1첨가제 또는 제1첨가제와 제2첨가제 혼합물의 함량, 추출시간, 추출용매 조성에 따라 달라지며 상기의 구조적 정의가 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 이렇게 제조된 본 발명의 다공성 분리막의 순수투과도는 장시간 운전중에서도 친수성을 유지하여 순수투과도를 감소시키지 않는 특징을갖는다. In addition, the average pore size of the porous separator of the present invention depends on the content of the first additive or the mixture of the first and second additives, the extraction time, and the composition of the extraction solvent, and the above structural definition does not limit the present invention. The pure water permeability of the prepared porous separator of the present invention has a feature of maintaining hydrophilicity even during long time operation so as not to reduce the pure water permeability.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following examples are merely illustrative of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

<< 실시예1Example 1 >>

용매 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC) 75중량%, 고분자 폴리비닐리덴플루오라이드(Solvay, Mw:304,000) 20중량%를 포함하는 혼합물에 제1첨가제인 폴리에틸옥사졸린(POXz, Aldrich사, Mw:500,000) 5중량%를 추가하여 도프용액을 제조하였다. 상기 제조된 도프용액속에 함유된 기포를 진공펌프를 이용하여 제거한 뒤, 기어펌프를 이용하여 도프용액을 내부직경이 1.9mm, 외부직경이 2.5mm이고 80℃로 유지되는 이중노즐로 이송시켰다. 이후, 외부응고액인 상온의 물에 연속적으로 침전시켜 지지체 위에 코팅된 중공사막을 제조하였다. 이때, 용액토출량은 1.5CC/min이었으며, 폴리에스터 재질의 중공환형형태의 지지체를 사용하였다. 이어서, 외부응고액을 통과한 중공사막을 연속적으로 대기중으로 30초간 이송시킨 뒤, 바로 물속에 1/2정도 담궈진 권취보빈을 통해 권취하고, 잔존하는 더 많은 유기용매를 제거하기 위해 물세척조 내에서 96시간 동안 세척하였다. 완전 세척된 중공사막을 50중량%의 글리세린 수용액에 24시간 침지후 상온에서 건조시켰으며, 내부직경이 0.6mm이고 외부직경이 1.8mm인 중공사막 3가닥을 유효길이 10cm로 하여 막면적이 0.002m2인 분리막을 제조하였다.Polyethyloxazoline (POXz, Aldrich Co., Ltd.) as the first additive in a mixture containing 75 wt% of solvent N, N-dimethylacetamide (DMAC) and 20 wt% of polymer polyvinylidene fluoride (Solvay, Mw: 304,000) Mw: 500,000) 5 wt% was added to prepare a dope solution. Bubbles contained in the prepared dope solution were removed using a vacuum pump, and then the dope solution was transferred to a double nozzle maintained at 80 ° C. with a diameter of 1.9 mm and an external diameter of 2.5 mm using a gear pump. Thereafter, the hollow fiber membrane coated on the support was prepared by continuously precipitation in water of room temperature, which is an external coagulation solution. At this time, the solution discharge amount was 1.5CC / min, a hollow annular support of polyester material was used. Subsequently, the hollow fiber membrane passed through the external coagulation solution was continuously transferred to the atmosphere for 30 seconds, immediately wound up through a winding bobbin immersed in water, and then removed in the water washing tank to remove more remaining organic solvent. Washed for 96 h. The completely washed hollow fiber membrane was immersed in 50% by weight aqueous solution of glycerin for 24 hours, and dried at room temperature.The hollow fiber membrane with an inner diameter of 0.6 mm and an outer diameter of 1.8 mm had an effective length of 10 cm, and the membrane area was 0.002 m. A two- person separator was prepared.

<< 실시예2Example 2 >>

제1첨가제 폴리에틸옥사졸린 10중량% 및 용매 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC) 70중량%으로 하고 상온에서 도프용액을 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 분리막을 제조하였다.A separation membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10 wt% of the first additive polyethyloxazoline and 70 wt% of the solvent N, N-dimethylacetamide (DMAC) were spun at room temperature. Prepared.

<< 실시예3Example 3 >>

제1첨가제 폴리에틸옥사졸린 5중량%, 제2첨가제 폴리비닐피롤리돈 5중량% 및 용매 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC) 70중량%로 하고 상온에서 도프용액을 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 분리막을 제조하였다.5 wt% of the first additive polyethyloxazoline, 5 wt% of the second additive polyvinylpyrrolidone, and 70 wt% of the solvent N, N-dimethylacetamide (DMAC), except that the dope solution was spun at room temperature. In the same manner as in Example 1, a separator was prepared.

<< 실시예4Example 4 >>

제1첨가제 폴리에틸옥사졸린 3중량%, 제2첨가제 폴리비닐피롤리돈 7중량% 및 용매 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC) 70중량%로 하고 상온에서 도프용액을 방사한 것을 제외하고는, 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 분리막을 제조하였다.3 wt% of the first additive polyethyloxazoline, 7 wt% of the second additive polyvinylpyrrolidone, and 70 wt% of the solvent N, N-dimethylacetamide (DMAC), except that the dope solution was spun at room temperature. In the same manner as in Example 1, a separator was prepared.

<< 실시예5Example 5 >>

상기 실시예1에 의해 제조된 분리막을 오염시키기 위하여 한 달간 상온의 1,000ppm 휴민산 수용액에 침지하였다.In order to contaminate the separator prepared in Example 1, it was immersed in an aqueous 1000 ppm humic acid solution at room temperature for one month.

< < 실시예6Example 6 >>

상기 실시예4에 의해 제조된 분리막을 오염시키기 위하여 한 달간 상온의 1,000ppm 휴민산 수용액에 침지하였다.In order to contaminate the separator prepared in Example 4, it was immersed in 1,000 ppm aqueous humic acid solution at room temperature for one month.

<< 비교예1Comparative Example 1 >>

첨가제를 사용하지 않고, 용매 N,N-디메틸아세트아미드(DMAC)를 80중량%로 한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 수행하여 분리막을 제조하였다. Without the use of additives, A separation membrane was prepared in the same manner as in Example 1, except that 80 wt% of the solvent N, N-dimethylacetamide (DMAC) was used.

<< 실험예1Experimental Example 1 >>

상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 에서 제조된 분리막에 대하여, 하기와 같은 물성을 측정하여 표1, 표2 및 표3에 나타내었다.For the separators prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the physical properties as shown in Table 1, Table 2 and Table 3.

1.순수투과도 측정1.Permeability Measurement

제조된 분리막에 대해 상온의 순수를 2.0기압으로 dead-end방식을 이용하여 분리막의 한 측면으로 공급하여 투과된 물의 양을 측정한 뒤, 단위시간, 단위막면적 및 단위압력당 투과량으로 환산하여 표기하였다. Pure water at room temperature was supplied to one side of the separation membrane by using a dead-end method at 2.0 atm for the prepared separation membrane, and the amount of water permeated was measured and converted into unit time, unit membrane area, and permeation rate. It was.

2.BSA배제율 측정2.BSA exclusion rate measurement

Bovin Serum Albumin(BSA; Aldrich사, Mw 66,000)를 상온의 순수에 용해시켜 1,000ppm 수용액을 제조하였다. 상기 제조된 분리막의 일측면으로 상기 수용액을 2.0kg/cm2의 압력으로 공급하여 투과된 수용액 및 초기 공급된 원수에 용해된 BSA 농도를 자외선 분광기 (Varian사, Cary-100)를 이용하여 측정하였다. 이후, 278nm의 파장에서 측정된 흡수피크의 상대적인 비를 하기식을 이용하여 백분율로 환산하여 배제율을 결정하였다.Bovin Serum Albumin (BSA; Aldrich, Mw 66,000) was dissolved in pure water at room temperature to prepare a 1000 ppm aqueous solution. The aqueous solution was supplied at a pressure of 2.0 kg / cm 2 to one side of the prepared membrane, and the BSA concentration dissolved in the permeated aqueous solution and initially supplied raw water was measured using an ultraviolet spectrometer (Varian, Cary-100). . Then, the exclusion rate was determined by converting the relative ratio of the absorption peaks measured at the wavelength of 278 nm into percentage using the following equation.

     (수학식 1)(1)

     저지율(%) = (원액농도-투과액농도)÷원액농도X100Percentage Blocked (%) = (Stock Concentration-Permeate Concentration) ÷ Stock Concentration X100

3. 내오염성 평가3. Pollution resistance evaluation

내오염성 평가는 문헌에 보고된 바와 같이 하기와 같은 식에 의해 평가하였다. (Separation and Purification Technology, 54, 220 (2007) The stain resistance evaluation was evaluated by the following formula as reported in the literature. (Separation and Purification Technology, 54, 220 (2007)

(수학식 2)(Equation 2)

내오염성 지수(R) = 정상상태에서의(BSA용액 투과도/순수투과도)X100Pollution resistance index (R) = normal state (BSA solution permeability / pure water permeability) X100

상기 (수학식 2)에서 R값이 클수록 내오염성이 우수함을 가리킨다.In Equation (2), the larger the R value, the higher the pollution resistance.

  조성Furtherance 방사
온도
(℃)
radiation
Temperature
(℃)
순수투과도
(ℓ/m2hr)
Pure Permeability
(ℓ / m 2 hr)
BSA배제율
(%)
BSA Exclusion Rate
(%)
막구조Membrane structure 내오염성지수, RPollution Resistance Index, R
실시예1Example 1 PVDF/POXz/
DMAC
20/5/75
PVDF / POXz /
DMAC
20/5/75
8080 843843 83.583.5 표면층
스킨층
미세기공나노스폰지층
거대기공나노스폰지층
구형입자지지층
Surface layer
Skin layer
Microporous Nano Sponge Layer
Giant Pore Nano Sponge Floor
Spherical Particle Support Layer
61.761.7
비교예1Comparative Example 1 PVDF/DMAC
20/80
PVDF / DMAC
20/80
8080 1212 98.898.8 표면층
미세기공지지층
구형입자지지층
Surface layer
Microporous Support Layer
Spherical Particle Support Layer
1.31.3

상기의 실험결과와 도1 및 도3의 비교를 통해, 제1첨가제인 폴리옥사졸린을 함유하는 실시예1의 경우 제1첨가제가 함유되지 않은 비교예1과 비교시, 미세기공의 외각에 얇은 스킨층이 생성되었으며, 스킨층을 갖는 거대기공나노스폰지층 및 미세기공과 거대기공 이외의 부분에 나노크기의 기공이 생성됨을 알 수 있다. 또한, 스킨층의 생성에 따라 BSA배제율이 개선되었으며 미세기공의 확장, 거대기공나노스폰지층의 생성 및 구형입자의 분산을 통하여 분리막의 수투과도와 내오염성 지수가 뚜렷히 향상되었다. 비교예1의 경우 높은 BSA배제율은 매우 두꺼운 표면층의 형성에 기인하는 것으로 판단되는 반면 본 발명의 적절한 배제율은 스킨층의 형성과 더불어 구형입자층의 형성과도 관련된 것이다.1 and 3, the result of Example 1 containing the polyoxazoline as a first additive, when compared to Comparative Example 1 does not contain a first additive, the outer surface of the micropores Skin layer was generated, it can be seen that the nano-sized pores are generated in the portion other than the microporous nanoporous layer and the micropores and macropores having a skin layer. In addition, the BSA excretion rate was improved with the creation of the skin layer, and the water permeability and fouling resistance index of the membrane were significantly improved through the expansion of the micropores, the formation of the macroporous nano sponge layer, and the dispersion of the spherical particles. In the case of Comparative Example 1, the high BSA exclusion rate is judged to be due to the formation of a very thick surface layer, while the proper exclusion rate of the present invention is related to the formation of the spherical particle layer in addition to the formation of the skin layer.

미세기공나노스폰지층 및 거대기공나노스폰지층의 스킨층 및 나노기공을 도4에 표기하였다. The skin layers and nanopores of the microporous nanosponge layer and the macroporous nanosponge layer are shown in FIG. 4.

  조성Furtherance 방사
온도
(℃)
radiation
Temperature
(℃)
순수투과도
(ℓ/m2hr)
Pure Permeability
(ℓ / m 2 hr)
BSA배제율
(%)
BSA Exclusion Rate
(%)
막구조Membrane structure 내오염성지수, RPollution Resistance Index, R
실시예2Example 2 PVDF/POXz/
DMAC
20/10/70
PVDF / POXz /
DMAC
20/10/70
상온Room temperature 15261526 48.548.5 표면층
스킨층
미세기공나노스폰지층
거대기공나노스폰지층
구형입자지지층
Surface layer
Skin layer
Microporous Nano Sponge Layer
Giant Pore Nano Sponge Floor
Spherical Particle Support Layer
28.528.5
실시예3Example 3 PVDF/PVP/
POXz/DMAC
20/5/5/70
PVDF / PVP /
POXz / DMAC
20/5/5/70
상온Room temperature 14871487 68.768.7 표면층
스킨층
미세기공나노스폰지층
거대기공나노스폰지층
구형입자지지층
Surface layer
Skin layer
Microporous Nano Sponge Layer
Giant Pore Nano Sponge Floor
Spherical Particle Support Layer
28.828.8
실시예4Example 4 PVDF/PVP/
POXz/DMAC
20/7/3/70
PVDF / PVP /
POXz / DMAC
20/7/3/70
상온Room temperature 14081408 74.274.2 표면층
스킨층
미세기공나노스폰지층
거대기공나노스폰지층
구형입자지지층
Surface layer
Skin layer
Microporous Nano Sponge Layer
Giant Pore Nano Sponge Floor
Spherical Particle Support Layer
33.233.2

상기 실시예 2 내지 4는 제1첨가제와 제2첨가제의 중량%에 따른 도프용액을 상온에서 방사하여 얻은 결과로서, 제1첨가제인 폴리옥사졸린이 증가함에 따라 적절한 BSA배제율 하에서 순수투과도가 증가함을 알 수 있으며, 첨가제의 혼합 사용시 혼합 비율에 따라 적절한 BSA배제율을 유지함과 동시에 내오염성 지수 또한 향상됨을 알 수 있다.Examples 2 to 4 are obtained by spinning the dope solution according to the weight percent of the first and second additives at room temperature, the pure permeability increases under the appropriate BSA exclusion rate as the first additive polyoxazoline increases In addition, it can be seen that the contamination resistance index is also improved while maintaining an appropriate BSA excretion rate according to the mixing ratio when the additives are mixed.

  조성Furtherance 방사
온도
(℃)
radiation
Temperature
(℃)
순수투과도
(ℓ/m2hr)
Pure Permeability
(ℓ / m 2 hr)
BSA배제율
(%)
BSA Exclusion Rate
(%)
막구조Membrane structure 내오염성지수, RPollution Resistance Index, R
실시예5Example 5 PVDF/POXz/
DMAC
20/5/75
PVDF / POXz /
DMAC
20/5/75
8080 803803 87.687.6 표면층
스킨층
미세기공나노스폰지층
거대기공나노스폰지층
구형입자지지층
Surface layer
Skin layer
Microporous Nano Sponge Layer
Giant Pore Nano Sponge Floor
Spherical Particle Support Layer
66.266.2
실시예6Example 6 PVDF/PVP/
POXz/DMAC
20/7/3/70
PVDF / PVP /
POXz / DMAC
20/7/3/70
상온Room temperature 13831383 79.279.2 표면층
스킨층
미세기공나노스폰지층
거대기공나노스폰지층
구형입자지지층
Surface layer
Skin layer
Microporous Nano Sponge Layer
Giant Pore Nano Sponge Floor
Spherical Particle Support Layer
38.638.6

상기 실시예 5 및 6에 나타난 바와 같이, 폴리옥사졸린계 및 폴리비닐피롤리돈 첨가제의 도입은 분리막이 장시간 오염원에 노출되었음에도 불구하고 막의 내오염성을 크게 향상시켜 막표면에 유기물의 축적을 크게 감소시킴으로써 매우 양호한 수투과도 및 BSA배제율을 발현케 하였다. As shown in Examples 5 and 6, the introduction of the polyoxazoline-based and polyvinylpyrrolidone additives greatly improves the fouling resistance of the membrane even though the membrane has been exposed to contaminants for a long time, thereby greatly reducing the accumulation of organic matter on the membrane surface. This resulted in very good water permeability and BSA exclusion rate.

또한, 실시예 1 및 5의 결과 적정범위 내에서는 도프액의 방사온도와 무관하게 4개층의 분리막 구조가 형성되며 효과에 차이가 없음을 알 수 있다. In addition, as a result of Examples 1 and 5, it can be seen that within the appropriate range, four layers of membrane structures are formed irrespective of the spinning temperature of the dope solution, and there is no difference in effects.

상기에서 살펴본 결과, 본 발명은 도프용액에 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자 를 도입함으로써 향상된 수투과도 및 BSA배제율과 높은 내오염성 지수를 가진 분리막을 제조하였다. 또한, 도프용액에 제1첨가제와 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈 혼합물을 도입하여 상기 제1첨가제 및 제2첨가제의 함량을 조절함으로써 분리막의 성능을 적절히 조절하는 것이 가능하다. 이에 따라, 상기 다공성 분리막은 향후 고농도 폐수처리, 산업용수처리 및 음용수처리를 포함한 차세대 고효율 분리공정산업에 사용하기에 매우 적합하다. As a result, the present invention prepared a separator having improved water permeability, BSA excretion rate and high fouling resistance index by introducing a polyoxazoline-based polymer as a first additive to a dope solution. In addition, it is possible to appropriately control the performance of the separator by introducing a polyvinylpyrrolidone mixture as a first additive and a second additive into the dope solution to adjust the content of the first and second additives. Accordingly, the porous membrane is very suitable for use in the next generation high efficiency separation process industry, including high concentration wastewater treatment, industrial water treatment and drinking water treatment.

도 1은 첨가제를 포함하지 않은 다공성 중공사막의 전자주사현미경 사진이고, 1 is an electron scanning microscope photograph of a porous hollow fiber without an additive,

2은 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제를 포함한 분리막 전체단면을 개략적으로 표현한 사시도 이고, Figure 2 is a perspective view schematically showing the whole cross-section of the membrane including the additive according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제를 포함한 다공성 중공사막의 전자주사현미경 사진이다. 3 is an electron scanning micrograph of a porous hollow fiber membrane including an additive according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 첨가제를 포함한 다공성 중공사막의 나노기공 및 스킨층을 확대한 전자주사현미경 사진이다. Figure 4 is an electron scanning micrograph of the nanopore and skin layer of the porous hollow fiber membrane including an additive according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 나노기공10: nano pore

20 : 미세기공20: fine pores

30 : 거대기공30: giant pore

40 : 구형입자 40: spherical particle

100 : 표면층100: surface layer

110 : 스킨층110: skin layer

150 : 미세기공지지층150: microporous support layer

200 : 미세기공나노스폰지층200: microporous nano sponge layer

300 : 거대기공나노스폰지층300: giant porous nano sponge layer

400 : 구형입자지지층400: spherical particle support layer

Claims (33)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 1) 폴리불화비닐리덴계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계고분자를 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계;1) preparing a dope solution by mixing a polyvinylidene fluoride film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer as a first additive in a solvent; 2) 상기 도프용액을 다공성 지지체상에 도포하는 단계; 및2) applying the dope solution onto the porous support; And 3) 상기 도프용액이 도포된 다공성 지지체를 외부응고액에 접촉시켜 중공사막 또는 평막을 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의하여 제조되되,3) preparing a hollow fiber membrane or a flat membrane by contacting the porous support coated with the dope solution to the external coagulation solution; 분리막 표면에서 형성되는 표면층;A surface layer formed on the surface of the separator; 상기 표면층 하부에 형성되며 스킨층을 갖는 다수의 미세기공 및 나노기공을 포함하는 미세기공나노스폰지층;A microporous nanosponge layer formed under the surface layer and including a plurality of micropores and nanopores having a skin layer; 상기 미세기공나노스폰지층 하부에 형성되며 스킨층을 갖는 다수의 거대기공 및 나노기공을 포함하는 거대기공나노스폰지층; 및A macroporous nanosponge layer formed under the microporous nanosponge layer and including a plurality of macropores and nanopores having a skin layer; And 상기 거대기공나노스폰지층 하부에 형성되며 다수의 기공 및 구형입자를 포함하는 구형입자지지층;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.The macroporous nano sponge layer A polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that consisting of; spherical particle support layer formed in the lower portion and comprising a plurality of pores and spherical particles. 제21항에 있어서, 상기 다공성 분리막은 전체 막두께가 100 내지 400㎛ 이고, 두께비로 전체 막두께의 0.05 내지 0.7%인 표면층, 0.7 내지 4.5%인 미세기공나노스폰지층, 35 내지 45%인 거대기공나노스폰지층 및 50 내지 60%인 구형입자지지층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막. The porous membrane of claim 21, wherein the porous membrane has a total film thickness of 100 to 400 µm, a surface layer having a thickness ratio of 0.05 to 0.7%, a microporous nano sponge layer having a thickness of 0.7 to 4.5%, and a large diameter of 35 to 45%. The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that consisting of a pore nano-sponge layer and 50 to 60% spherical particle support layer. 제21항에 있어서, 상기 미세기공나노스폰지층에서 미세기공의 평균공경은 1.5 내지 10㎛이고 스킨층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛ 이고 나노기공의 평균공경은 100 내지 1,000nm이며, 거대기공나노스폰지층에서 거대기공의 장경은 10 내지 90㎛ 단경은 1 내지 50㎛ 이고 스킨층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛ 이고 나노기공의 평균공경은 100 내지 1,000nm이며, 구형입자지지층에서 구형입자의 평균입경은 0.1 내지 10㎛ 이고 평균공경은 0.01 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.22. The method of claim 21, wherein the average pore size of the micropores in the micropore nanosponge layer is 1.5 to 10㎛, the thickness of the skin layer is 0.01 to 0.5㎛, the average pore size of the nanopore is 100 to 1,000nm, macroporous nanosponge The large diameter of the macropores in the layer is 10 to 90㎛ the short diameter is 1 to 50㎛, the thickness of the skin layer is 0.01 to 0.5㎛, the average pore size of the nanopores is 100 to 1,000nm, the average particle diameter of the spherical particles in the spherical particle support layer is The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that 0.1 to 10㎛ and the average pore size is 0.01 to 5㎛. 삭제delete 제21항에 있어서, 상기 제 1단계 도프용액 제조시 상기 제1첨가제에 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈을 더 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.The polyvinylidene fluoride-based porous separator according to claim 21, wherein the polyvinylidene fluoride-based porous separator is prepared by further adding polyvinylpyrrolidone as a second additive to the first additive in preparing the first step dope solution. 제25항에 있어서, 상기 제1첨가제는 폴리옥사졸린, 폴리알킬옥사졸린 및 폴리아릴옥사졸린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 제1첨가제와 제2첨가제의 혼합시 제2첨가제/제1첨가제의 중량비율은 0.1 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막. The method of claim 25, wherein the first additive is any one or more selected from the group consisting of polyoxazoline, polyalkyloxazoline and polyaryloxazoline, the second additive when mixing the first additive and the second additive The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that the weight ratio of the / first additive is 0.1 to 1.0. 제25항에 있어서, 상기 도프용액은 용매 35 내지 90중량% 및 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물 10 내지 65중량%로 구성되되, 상기 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물에서 첨가제/막형성 고분자수지의 중량비율은 0.1 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.26. The method of claim 25, The dope solution is composed of 35 to 90% by weight of the solvent and 10 to 65% by weight of the additive and the film-forming polymer resin mixture, the weight ratio of the additive / film-forming polymer resin in the additive and the film-forming polymer resin mixture is 0.1 to 0.7 The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that. 1) 폴리불화비닐리덴계 막형성 고분자와 제1첨가제인 폴리옥사졸린계 고분자를 용매에 혼합하여 도프용액을 제조하는 단계;1) preparing a dope solution by mixing a polyvinylidene fluoride film-forming polymer and a polyoxazoline-based polymer as a first additive in a solvent; 2) 상기 도프용액을 이중노즐의 외부관으로 이송한 뒤, 이중노즐의 내부관에 내부응고액을 공급하는 단계; 및2) transferring the dope solution to an outer tube of the double nozzle, and then supplying an internal coagulating solution to the inner tube of the double nozzle; And 3) 상기 도프용액과 내부응고액을 동시에 외부응고액을 포함하는 응고조에 토출하여 중공사막을 제조하는 단계;를 포함하는 제조방법으로 제조되되,3) manufacturing the hollow fiber membrane by discharging the dope solution and the internal coagulating solution at the same time to a coagulation bath containing an external coagulating solution; 분리막 표면에서 형성되는 표면층;A surface layer formed on the surface of the separator; 상기 표면층 하부에 형성되며 스킨층을 갖는 다수의 미세기공 및 나노기공을 포함하는 미세기공나노스폰지층;A microporous nanosponge layer formed under the surface layer and including a plurality of micropores and nanopores having a skin layer; 상기 미세기공나노스폰지층 하부에 형성되며 스킨층을 갖는 다수의 거대기공 및 나노기공을 포함하는 거대기공나노스폰지층; 및A macroporous nanosponge layer formed under the microporous nanosponge layer and including a plurality of macropores and nanopores having a skin layer; And 상기 거대기공나노스폰지층 하부에 형성되며 다수의 기공 및 구형입자를 포함하는 구형입자지지층; 으로 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.The macroporous nano sponge layer A spherical particle support layer formed on the lower part and including a plurality of pores and spherical particles; Polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that consisting of. 제28항에 있어서, 상기 다공성 분리막은 전체 막두께가 100 내지 400㎛ 이고, 두께비로 전체 막두께의 0.05 내지 0.7%인 표면층, 0.7 내지 4.5%인 미세기공나노스폰지층, 35 내지 45%인 거대기공나노스폰지층 및 50 내지 60%인 구형입자지지층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.The porous membrane of claim 28, wherein the porous membrane has a total film thickness of 100 to 400 µm, a surface layer of 0.05 to 0.7% of the total film thickness, a microporous nano sponge layer of 0.7 to 4.5%, and a large thickness of 35 to 45% by a thickness ratio. The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that consisting of a pore nano-sponge layer and 50 to 60% spherical particle support layer. 제28항에 있어서, 상기 미세기공나노스폰지층에서 미세기공의 평균공경은 1.5 내지 10㎛이고 스킨층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛ 이고 나노기공의 평균공경은 100 내지 1,000nm이며, 거대기공나노스폰지층에서 거대기공의 장경은 10 내지 90㎛ 단경은 1 내지 50㎛ 이고 스킨층의 두께는 0.01 내지 0.5㎛ 이고 나노기공의 평균공경은 100 내지 1,000nm이며, 구형입자지지층에서 구형입자의 평균입경은 0.1 내지 10㎛ 이고 평균공경은 0.01 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.29. The method of claim 28, wherein the average pore size of the micropores in the micropore nanosponge layer is 1.5 to 10㎛, the thickness of the skin layer is 0.01 to 0.5㎛, the average pore size of the nanopores is 100 to 1,000nm, macroporous nanosponge The large diameter of the macropores in the layer is 10 to 90㎛ the short diameter is 1 to 50㎛, the thickness of the skin layer is 0.01 to 0.5㎛, the average pore size of the nanopores is 100 to 1,000nm, the average particle diameter of the spherical particles in the spherical particle support layer is The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that 0.1 to 10㎛ and the average pore size is 0.01 to 5㎛. 제28항에 있어서, 상기 제 1단계 도프용액 제조시 상기 제1첨가제에 제2첨가제인 폴리비닐피롤리돈을 더 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.The polyvinylidene fluoride-based porous separator according to claim 28, wherein the polyvinylidene fluoride-based porous separator is prepared by further adding polyvinylpyrrolidone as a second additive to the first additive in preparing the first step dope solution. 제31항에 있어서, 상기 제1첨가제는 폴리옥사졸린, 폴리알킬옥사졸린 및 폴리아릴옥사졸린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 제1첨가제와 제2첨가제의 혼합시 제2첨가제/제1첨가제의 중량비율은 0.1 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막. 32. The method of claim 31, wherein the first additive is any one or more selected from the group consisting of polyoxazoline, polyalkyloxazoline, and polyaryloxazoline, and the second additive when mixing the first and second additives. The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that the weight ratio of the / first additive is 0.1 to 1.0. 제31항에 있어서, 상기 도프용액은 용매 35 내지 90중량% 및 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물 10 내지 65중량%로 구성되되, 상기 첨가제와 막형성 고분자수지 혼합물에서 첨가제/막형성 고분자수지의 중량비율은 0.1 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 상기 폴리불화비닐리덴계 다공성 분리막.32. The method of claim 31, The dope solution is composed of 35 to 90% by weight of the solvent and 10 to 65% by weight of the additive and the film-forming polymer resin mixture, the weight ratio of the additive / film-forming polymer resin in the additive and the film-forming polymer resin mixture is 0.1 to 0.7 The polyvinylidene fluoride-based porous separator, characterized in that.
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